一种独立微电网储能系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种独立微电网储能系统。

背景技术：

由于独立微电网内部各电源不能快速跟踪外界环境和负载变化，难以维持电力供需的动态平衡和系统的稳定运行，所以需要设计出合适的储能系统来保证微电源输出电能的质量。同时，传统的独立微电网储能系统中蓄电池储能的动态响应速度过慢，系统的抗干扰能力弱，稳定效果差，随着人们对电能的多样化需求的增长，这种储能方式已经越来越不能满足独立微电网的发展需要。

技术实现要素：

本实用新型采用蓄电池与超级电容相结合的复合储能手段来实现对独立微电网系统输出功率的补偿和控制。它既可以弥补单一储能技术的不足，又可以优化微电网发电系统能量管理，使能量得到充分利用，提高能源的利用率。

该独立微电网储能系统，主要包括蓄电池，超级电容，光伏电池，最大功率点跟踪控制器，超级电容充放电控制器，蓄电池充放电控制器，DSP控制芯片，芯片电源，电流电压采集电路，信号调理电路，逻辑分配电路和驱动电路，其中，光伏电池、蓄电池和超级电容分别通过最大功率点跟踪控制器、蓄电池充放电控制器和超级电容充放电控制器连接至母线，电流电压采集电路采集母线电压和电流，光伏电池的输出电压和电流，超级电容的输出电压和电流以及蓄电池的输出电压和电流，并经信号调理电路输入至DSP控制芯片，由DSP控制芯片对输入的信息进行加工处理，向逻辑分配电路输出PWM控制信号，由逻辑分配电路经过处理后输出至驱动电路，由驱动电路控制最大功率点跟踪控制器，超级电容充放电控制器和蓄电池充放电控制器中开关管的导通和关断。

附图说明

下面结合附图对本专利作进一步详细的说明。

图1为根据本实用新型的一种独立微电网储能系统的结构图。

图2是根据本实用新型的一种独立微电网储能系统中驱动电路的电路图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

系统主电路如图1所示，主要由蓄电池、超级电容、光伏电池、最大功率点跟踪控制器PVB，超级电容充放电控制器CBDC，蓄电池充放电控制器BBDC等模块组成。其中光伏电池为系统主电源，主要向母线负载提供电能；储能系统由蓄电池和超级电容组成，用于维持母线电压稳定和负载正常稳定运行；市电为备用电源，在外界光照较弱且储能系统容量不足时使用；用于实现光伏电池功能；和用于实现储能系统的充放电控制。

在独立微电网中，储能系统对维持系统长期稳定输出极其重要。光伏电池发电输出具有随机性、间歇性和季节性，每月每天的发电量都有差异。当P_PV<P_R，主要由蓄电池放电补充不足功率；当P_PV>P_R时，剩余的电能主要由蓄电池存储起来。在连续阴雨天与夜晚，光伏电池无输出时，蓄电池需维持系统长时间正常工作。考虑到系统所需蓄电池的容量、成本和维护等因素，本实用新型采用阀控密封铅酸蓄电池（VRLA，value-regulated lead-acid battery）。它具有技术成熟、容量大、价格低、自放电少、维护方便、无“记忆效应”和绿色环保等优点。

由于外界因素如光照和温度和内部因素如负载的突变都会引起母线电压和功率的波动，从而降低光伏发电输出电能的质量。因此，超级电容主要用于维持母线动态平衡：当光伏电池输出波动较大时，超级电容瞬间放电以补充不足功率或将多余的电能快速存储起来；在外部光照骤降且蓄电池还未响应时，作为短时电源独立为负载供电。在本实用新型中，实际选取的超级电容为30F/160V的法拉电容组。

如图1所示，系统主控电路和外围电路主要由主控芯片、芯片电源、采样电路、开关管驱动电路和逻辑电路等组成。

TI选型公司摒弃了传统的冯诺依曼结构，采用先进的哈佛总线结构，大大提升了DSP 的工作效率。TMS320F2812芯片作为TI公司首推产品之一，其信号处理和控制能力极强，可实现比较复杂的算法.。

CPU内核主要具有以下优势：

①采用高性能的CMOS技术，主频高达150MHZ。

②功耗低，节能，支持JTAG在线仿真。

③数据处理速度快，中断响应和中断处理速度快。

④可统一寄存器编程，兼容汇编语和语言。

存储器的参数如下：

①片内存储器有：128k×16位的片内FLASH程序存储器，1k×16位的OTP ROM，4k×16位的boot ROM，1个8k×16位，2个4k×16位，2个1k×16位的片内SARAM。

②外部存储器接口具有1M×16位的存储空间、可编程读/写时序、可编程的等待时间和3个独立片选信号。

芯片外设包括：

①有看门狗定时模块和片内振荡器，可动态改变锁相环的频率。

②有3个外部中断源和3个32位CPU定时器，支持外部中断。

③可设置断点，并进行实时分析，可用硬件仿真。

④具有16通道12位ADC、事件管理器模块EVA和EVB、多通道缓冲串行接口McBSP、串行外围接口SPI、串行通信接口SCI和局域网通信控制器CAN。

根据上述芯片的性能可知，该芯片可以采样16路信号，且运算速度快，控制性能优越，可以满足本系统设计的要求。因此，本系统选用此芯片为主控芯片。

在电流电压采集电路中，采用霍尔电压传感器VSM025A进行电压采样，采用HFB50P霍尔电流传感器进行电流采样。同时，为了隔离控制系统和主电路，在采样电路中加入电压跟随器以减少检测电路对主电路和控制电路的影响。

在驱动电路设计中，由于DSP的电压较低，达不到驱动所需电压大小值，所以需要放大驱动信号。本系统采用的驱动电路如图2所示。该电路中的主要芯片为混合集成IGBT驱动芯片QC841和光耦TLP521。其中QC841内部集成有高共模抑制比与高隔离电压的高速光耦，能实现半导体器件和控制电路之间的电气隔离，同时具有短路保护和故障输出功能，其管脚完全兼容EXB841，适用于频率为0-20kHZ的IGBT开关管。

在系统工作时，需要对DSP生成的5路信号进行逻辑处理可以实现关断IGBT驱动脉冲的功能。为简化电路设计，本实用新型的逻辑电路选用2片74LS08芯片完成该功能。

该独立微电网储能系统为蓄电池和超级电容相结合的多元复合储能系统，该系统中太阳能系统控制精度较高,跟踪性能较为优越。同时,储能系统可有效的维持母线稳定。